capítulo5 camadade enlace (link layer) & redeslocais...
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5 Camada de Enlace de Dados 5-1
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Computer Networking A Top Down Approach 5th edition Jim Kurose Keith RossAddison-Wesley April 2009
5 Camada de Enlace de Dados 5-2
Capiacutetulo 5 A Camada de Enlaced de DadosObjetivos do capiacutetulo Entender os princiacutepios associados aos serviccedilos
da camada de enlace de dados Deteccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhamento do canal de broadcast acesso
muacuteltiplo Endereccedilamento na camada de enlace Transferecircncia confiaacutevel de dados controle de
fluxosemelhante aos conceitos discutidos na camadade transporte
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de tecnologiasdiversas para a camada de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-3
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-4
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologia hosts e roteadores satildeo noacutes
Canais de comunicaccedilatildeo queconectam noacutes adjacentes em um caminho de comunicaccedilatildeo satildeodenominados enlaces
Enlaces com fio (wired links) Enlaces sem fio (wireless links) LANs
Pacote de camada 2 denomina-se frame e encapsula datagramas
A camada de enlace de dados tem a responsabilidadede transferir datagramas entre noacutes adjacentes conectadosatraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-5
Camada de Enlace contexto
bull Datagrama transferidopor protocolos de enlace diferentes sobreenlaces diferentes
ex Ethernet no primeiroenlace frame relay nosenlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace fornece serviccedilosdiferentes
ex pode ou natildeo provertransferecircncia confiaacutevel no enlace
Analogia com o transporte Viagem de Princeton a Lausanne
limo Princeton a JFK aviatildeo JFK a Geneva trem Geneva a Lausanne
turista = datagrama Segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte =
protocolo de camada de enlace
Agente de viagem = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace de Dados 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento acesso ao enlace
encapsula datagrama no quadro adiciona cabeccedilalho e trailer (cauda)
Acesso ao canal se o meio eacute compartilhado Endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros
(frames) para identificar a fonte e o destinobull Diferentes do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel de dados entre noacutes adjacentes Jaacute vimos antes (capiacutetulo 3) Raramente usado nos enlaces com baixa taxa de erro de
bit (fibra alguns tipos de pares tranccedilados) Enlaces sem-fio (wireless) alta taxa de erro
bull Q Porquecirc confiabilidade no niacutevel do enlace e no fim-a-fim
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-2
Capiacutetulo 5 A Camada de Enlaced de DadosObjetivos do capiacutetulo Entender os princiacutepios associados aos serviccedilos
da camada de enlace de dados Deteccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhamento do canal de broadcast acesso
muacuteltiplo Endereccedilamento na camada de enlace Transferecircncia confiaacutevel de dados controle de
fluxosemelhante aos conceitos discutidos na camadade transporte
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de tecnologiasdiversas para a camada de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-3
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-4
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologia hosts e roteadores satildeo noacutes
Canais de comunicaccedilatildeo queconectam noacutes adjacentes em um caminho de comunicaccedilatildeo satildeodenominados enlaces
Enlaces com fio (wired links) Enlaces sem fio (wireless links) LANs
Pacote de camada 2 denomina-se frame e encapsula datagramas
A camada de enlace de dados tem a responsabilidadede transferir datagramas entre noacutes adjacentes conectadosatraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-5
Camada de Enlace contexto
bull Datagrama transferidopor protocolos de enlace diferentes sobreenlaces diferentes
ex Ethernet no primeiroenlace frame relay nosenlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace fornece serviccedilosdiferentes
ex pode ou natildeo provertransferecircncia confiaacutevel no enlace
Analogia com o transporte Viagem de Princeton a Lausanne
limo Princeton a JFK aviatildeo JFK a Geneva trem Geneva a Lausanne
turista = datagrama Segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte =
protocolo de camada de enlace
Agente de viagem = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace de Dados 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento acesso ao enlace
encapsula datagrama no quadro adiciona cabeccedilalho e trailer (cauda)
Acesso ao canal se o meio eacute compartilhado Endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros
(frames) para identificar a fonte e o destinobull Diferentes do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel de dados entre noacutes adjacentes Jaacute vimos antes (capiacutetulo 3) Raramente usado nos enlaces com baixa taxa de erro de
bit (fibra alguns tipos de pares tranccedilados) Enlaces sem-fio (wireless) alta taxa de erro
bull Q Porquecirc confiabilidade no niacutevel do enlace e no fim-a-fim
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-3
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-4
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologia hosts e roteadores satildeo noacutes
Canais de comunicaccedilatildeo queconectam noacutes adjacentes em um caminho de comunicaccedilatildeo satildeodenominados enlaces
Enlaces com fio (wired links) Enlaces sem fio (wireless links) LANs
Pacote de camada 2 denomina-se frame e encapsula datagramas
A camada de enlace de dados tem a responsabilidadede transferir datagramas entre noacutes adjacentes conectadosatraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-5
Camada de Enlace contexto
bull Datagrama transferidopor protocolos de enlace diferentes sobreenlaces diferentes
ex Ethernet no primeiroenlace frame relay nosenlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace fornece serviccedilosdiferentes
ex pode ou natildeo provertransferecircncia confiaacutevel no enlace
Analogia com o transporte Viagem de Princeton a Lausanne
limo Princeton a JFK aviatildeo JFK a Geneva trem Geneva a Lausanne
turista = datagrama Segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte =
protocolo de camada de enlace
Agente de viagem = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace de Dados 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento acesso ao enlace
encapsula datagrama no quadro adiciona cabeccedilalho e trailer (cauda)
Acesso ao canal se o meio eacute compartilhado Endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros
(frames) para identificar a fonte e o destinobull Diferentes do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel de dados entre noacutes adjacentes Jaacute vimos antes (capiacutetulo 3) Raramente usado nos enlaces com baixa taxa de erro de
bit (fibra alguns tipos de pares tranccedilados) Enlaces sem-fio (wireless) alta taxa de erro
bull Q Porquecirc confiabilidade no niacutevel do enlace e no fim-a-fim
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-4
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologia hosts e roteadores satildeo noacutes
Canais de comunicaccedilatildeo queconectam noacutes adjacentes em um caminho de comunicaccedilatildeo satildeodenominados enlaces
Enlaces com fio (wired links) Enlaces sem fio (wireless links) LANs
Pacote de camada 2 denomina-se frame e encapsula datagramas
A camada de enlace de dados tem a responsabilidadede transferir datagramas entre noacutes adjacentes conectadosatraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-5
Camada de Enlace contexto
bull Datagrama transferidopor protocolos de enlace diferentes sobreenlaces diferentes
ex Ethernet no primeiroenlace frame relay nosenlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace fornece serviccedilosdiferentes
ex pode ou natildeo provertransferecircncia confiaacutevel no enlace
Analogia com o transporte Viagem de Princeton a Lausanne
limo Princeton a JFK aviatildeo JFK a Geneva trem Geneva a Lausanne
turista = datagrama Segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte =
protocolo de camada de enlace
Agente de viagem = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace de Dados 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento acesso ao enlace
encapsula datagrama no quadro adiciona cabeccedilalho e trailer (cauda)
Acesso ao canal se o meio eacute compartilhado Endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros
(frames) para identificar a fonte e o destinobull Diferentes do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel de dados entre noacutes adjacentes Jaacute vimos antes (capiacutetulo 3) Raramente usado nos enlaces com baixa taxa de erro de
bit (fibra alguns tipos de pares tranccedilados) Enlaces sem-fio (wireless) alta taxa de erro
bull Q Porquecirc confiabilidade no niacutevel do enlace e no fim-a-fim
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-5
Camada de Enlace contexto
bull Datagrama transferidopor protocolos de enlace diferentes sobreenlaces diferentes
ex Ethernet no primeiroenlace frame relay nosenlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace fornece serviccedilosdiferentes
ex pode ou natildeo provertransferecircncia confiaacutevel no enlace
Analogia com o transporte Viagem de Princeton a Lausanne
limo Princeton a JFK aviatildeo JFK a Geneva trem Geneva a Lausanne
turista = datagrama Segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte =
protocolo de camada de enlace
Agente de viagem = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace de Dados 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento acesso ao enlace
encapsula datagrama no quadro adiciona cabeccedilalho e trailer (cauda)
Acesso ao canal se o meio eacute compartilhado Endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros
(frames) para identificar a fonte e o destinobull Diferentes do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel de dados entre noacutes adjacentes Jaacute vimos antes (capiacutetulo 3) Raramente usado nos enlaces com baixa taxa de erro de
bit (fibra alguns tipos de pares tranccedilados) Enlaces sem-fio (wireless) alta taxa de erro
bull Q Porquecirc confiabilidade no niacutevel do enlace e no fim-a-fim
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento acesso ao enlace
encapsula datagrama no quadro adiciona cabeccedilalho e trailer (cauda)
Acesso ao canal se o meio eacute compartilhado Endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros
(frames) para identificar a fonte e o destinobull Diferentes do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel de dados entre noacutes adjacentes Jaacute vimos antes (capiacutetulo 3) Raramente usado nos enlaces com baixa taxa de erro de
bit (fibra alguns tipos de pares tranccedilados) Enlaces sem-fio (wireless) alta taxa de erro
bull Q Porquecirc confiabilidade no niacutevel do enlace e no fim-a-fim
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-7
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de fluxo
Regulaccedilatildeo entre os noacutes emissor e receptor adjacentes
Deteccedilatildeo de erro erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e ruiacutedo Receptor deteta a presenccedila de erros
bull Sinaliza o emissor para retransmissatildeo do quadro
Correccedilatildeo de erro Receptor identifica e corrige erro(s) de bit(s) sem
necessidade de retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
No half duplex os noacutes de ambos os lados podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-8
Onde a Camada de Enlace eacuteimplementada
Em todos os noacutes Implementada em um
ldquoadaptadorrdquo (placa de rede (network interface card - NIC)
placa PCMCI Ethernet placa 80211
Implementa as camadasfiacutesica e de enlace
Conectada aobarramento do sistema
Combinaccedilatildeo de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-9
Comunicaccedilatildeo entre os adaptadores
Lado emissor Encapsula o datagrama no
quadro Adiciona os bits para
deteccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
Lado receptor Busca por erros rdt
controle de fluxo etc extrai o datagrama e
passa-o para a camadasuperior no lado receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-10
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-11
Deteccedilatildeo de ErroEDC= Error Detection and Correction bits (redundacircncia)D = Dado protegido pelo algoritmo de deteccedilatildeo de erro podendoincluir os campos do cabeccedilalho
bull a deteccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolo pode falhar na deteccedilatildeo de alguns erros entretantoisto raramente acontecebull campo de EDC grande propicia melhor deteccedilatildeo e correccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-12
Check de ParidadeBit de ParidadeDeteta erros de bit uacutenico
Bit de Paridade bi-dimensionalDeteta e corrige erros de bit uacutenico
0 0
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-13
Checksum na Internet (revisatildeo)
emissor Trata o conteuacutedo dos
segmentos comosequecircncias de inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma dos complementos de 1) do conteuacutedo do segmento
Emissor coloca o valor do checksum no campo correspondente
Receptor Computa o checksum do
segmento recebido Examina se o checksum
determinado eacute igual ao valor do campo correspondente
Natildeo ndash erro detetado Sim ndash erro natildeo detetado
entretanto pode havererro
Objetivo detetar ldquoerrosrdquo no pacote transmitido (nota usado somente na camada de transporte)
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy Check
Enxerga os bits do dado D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe padratildeo formado por r+1 bits (gerador) G objetivo escolher r CRC bits R tal que
ltDRgt seja divisiacutevel por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso a divisatildeo possua
resto diferente de zero erro detetado Permite detetar todos os erros em rajada menores do que r+1
bits Bastante utilizado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-15
Exemplo CRCDeseja-se
D2r + R = nGequivalentemente
D2r = nG + R equivalentemente
se dividirmos D2r
por G obteremos o resto R
R = resto[ ]D2r
G
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-17
Enlaces de Acesso Muacuteltiplo e ProtocolosDois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado Enlace ponto-a-ponto entre switch Ethernet e host
broadcast (barramento compartilhado ou meioaeacutereo)
Ethernet antigo 80211 wireless LAN
shared wire (eg cabled Ethernet)
shared RF(eg 80211 WiFi)
shared RF(satellite)
humans at acocktail party
(shared air acoustical)
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo Canal de broadcast uacutenico compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas interferecircncia
Colisatildeo se dois ou mais sinais satildeo enviados ao mesmo tempoProtocolo de acesso muacuteltiplo Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando o noacutepode transmitir
A comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal utiliza o proacuteprio canal
Natildeo existe um canal fora da banda para fins de coordenaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-19
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de Broadcast com taxa de R bps1 Quando um noacute deseja transmitir ele o faz agrave taxa
de R bps2 Quando M noacutes desejam transmitir cada um deles
transmite a uma taxa de RM bps3 Completamente descentralizado
Natildeo existe um noacute especial para coordenar as transmissotildees
Natildeo existe sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e slots4 Deve ser simples
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-20
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes Particionamento de canal
Divide o canal em pedaccedilos menores(slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
Aloca o pedaccedilo ao noacute para uso exclusivo Acesso aleatoacuterio
O canal natildeo eacute dividido possibilita ocorrecircncia de colisatildeo Recuperaccedilatildeo quando da ocorrecircncia de colisotildees
Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
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5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-21
Protocolos MAC baseados no particionamento do canal TDMA
TDMA time division multiple access O acesso ao canal se daacute somente via seu slot de tempo Cada estaccedilatildeo recebe um slot de tamanho fixo (tamanho
= tempo de transmissatildeo de um quadro) Slots natildeo utilizados satildeo perdidos exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm quadros para
transmitir slots 256 satildeo desperdiccedilados
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-22
Protocolos de particionamento do canal FDMA
FDMA frequency division multiple access O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequecircncia fixa Tempo de transmissatildeo desperdiccedilado nas bandas de frequecircncia
natildeo utilizadas exemplo 6 estaccedilotildees na LAN 134 tecircm pacts para transmitir
faixas de frequecircncia 2 5 e 6 desperdiccediladas
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem pacote para enviar Transmite na taxa maacutexima do canal (R) Natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detetar colisotildees Como recuperar apoacutes a ocorrecircncia de colisotildees (ex via
retransmissotildees) Exemplos de protocolos de acesso ao meio aleatoacuterios
slotted ALOHA ALOHA CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses Todos os quadros possuem o
mesmo tamanho O tempo eacute dividido em slots
de mesmo tamanho (tempo para transmitir 1 quadro)
Os noacutes transmitem somenteno iniacutecio de cada slot
Os noacutes satildeo sincrozinados Se 2 ou mais noacutes transmitem
no mesmo slot todos os noacutesdetetam a colisatildeo
Operaccedilatildeo Quando um noacute tem um novo
quadro para enviar transmiteno proacuteximo slot
Se natildeo tiver colisatildeo o noacutepode enviar um novo quadrono proacuteximo slot
Se tiver colisatildeo o noacuteretransmite o quadro emcada slot subsequente com probabilidade p ateacute obtersucesso
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-25
Slotted ALOHA
Proacutes Quando um uacutenico encontra-
se ativo ele podetransmitir continuamentena taxa plena do canal
Altamente descentralizado somente os slots precisamser sincronizados nos noacutes
simples
Contra Colisotildees slots
desperdiccedilados Clock de sincronizaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
supor N noacutes com muitosquadros para transmitir cadanoacute transmite no slot com probabilidade p
Probabilidade que um noacute tenhasucesso em um slot = p(1-p)N-1
Probabilidade que qualquer noacutetenha sucesso = Np(1-p)N-1
Eficiecircncia maacutexima encontre p quemaximize Np(1-p)N-1
No caso de muitos noacutes obter o limite de Np(1-p)N-1 agrave medidaque N converge para o infinito
Max efficiency = 1e = 37
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo prazodos slots transmitidos com sucesso (supor muitos noacutes e todos com muitos pacotes paratransmitir
desempenho canal usado paratransmissotildees uacuteteisem 37 do tempo
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-27
ALOHA Puro (natildeo-particionado) Aloha puro simples sem sincronizaccedilatildeo Quando um quadro eacute obtido para transmissatildeo
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
Quadro enviado em t0 colide com outras quadros enviados em[t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-28
Eficiecircncia do Aloha PuroP(successo) = P(transmissatildeo do noacute)
P(nenhum noacute transmite em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmite em [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip determinando a probabilidade p oacutetima e fazendo ntender para o infinito temos
= 1(2e) = 18
Pior do que o slotted Aloha
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-29
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal eacute percebido inativo transmite o quadro
completamente Se o canal eacute percebido ocupado adia a transmissatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-30
Colisotildees CSMA
As colisotildees ainda podemocorrerAtraso de propagaccedilatildeo podefazer com que os noacutes natildeopercebam que o outro estaacutetransmitindo -gt perda de tempo
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeodo pacote eacute desperdiccedilado
spatial layout of nodes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-31
CSMACD (Collision Detection)CSMACD deteccedilatildeo de portadora deferecircncia como
no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas
reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade
do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos
bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligadoenquanto transmitindo
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-32
CSMACD collision detection
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-33
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a
carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode
usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-34
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoPollingbull Noacute mestre
ldquoconvidardquo osescravos a transmitirem um de cada vez
bull Problemasbull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (mestre)
master
slaves
poll
data
data
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
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5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-35
Protocolos MAC com passagem de permissao (cont)Token passingbull Controla um token
passado de um noacute a outrosequumlencialmente
bull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de
falha (token)
T
data
(nothingto send)
T
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-36
Sumaacuterio dos Protocolos MAC
Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo porfrequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-37
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-38
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilo de camada de rede Usado para encaminhar o datagrama agrave subrede IP de destino
Endereccedilo MAC (ou rede ou fiacutesico ouEthernet)
funccedilatildeo encaminhar o quadro de uma interface a outrainterface fisicamente conectada isto eacute na mesma rede(subrede)
Endereccedilo MAC de 48 bits (maior parte das LANs)bull ldquoqueimadordquo na ROM da placa (NIC) possiacutevel em alguns casos de
ser configurado via software
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-39
Endereccedilos de LAN e ARPCada adaptador de rede possui um uacutenico endereccedilo MAC
Broadcast address =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adapter
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(wired orwireless)
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-40
Endereccedilo de LAN (cont)
Alocaccedilatildeo do endereccedilo MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC
(para assegurar a unicidade) Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade
Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede paraoutra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
Depende da rede na qual se estaacute ligado
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-41
ARP Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos
Cada noacute IP (host roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para algunsnoacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamentode endereccedilos seraacute esquecido(tipicamente 20 min)
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-42
ARP protocol Same LAN (network)
A quer enviar um datagramapara B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de B
end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF
todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
B recebe o pacote ARP responde para A com seuendereccedilo MAC (de B)
Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC emsua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga(time-out)
soft state informaccedilatildeoque expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas
ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
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5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-43
Roteamento para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
objetivo enviar datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada redeIP (LAN)
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-44
A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R
correspondente ao endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como
destino o quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele
se destina a B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220
111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Lan 1 Lan 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-45
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-46
EthernetTecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barata $20 por NIC Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Metcalfersquos Ethernetsketch
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-47
Topologia em Estrela Topologia de bus popular em meados dos anos
90 Todos os noacutes encontram-se no mesmo domiacutenio de colisatildeo
(podem colidir entre si) Atualmente a topologia em estrela prevalece
switch encontra-se no centro Os noacutes natildeo colidem mais entre si
switch
bus coaxial cable star
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-48
Estrutura dos Quadros EthernetAdaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
(ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte
com padratildeo 10101011 usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do
transmissor e do receptor
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-49
Estrutura dos Quadros Ethernet (mais) Endereccedilos 6 bytes
Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destinocoincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacoteARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camadade rede
Em outro caso o adaptador descarta o quadro Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o
protocolo IP mas outros podem ser suportados tais comoNovell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacutesimplesmente descartado
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-50
Ethernet Serviccedilo natildeo-confiaacutevel semconexatildeo
Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre osadaptadores do transmissor e do receptor
Natildeo confiaacutevel adaptador do receptor natildeo envia ACKsou nacks para o adaptador do transmissor
O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede podeter lacunas (faltam datagramas)
Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP
Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo perceberaacute as lacunas
Protocolo MAC Ethernet unslotted CSMACD
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-51
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama dacamada de rede cria quadro
2 Se o adaptador sente o canal inativo inicia a transmissatildeoSe o adaptador sente o canal ocupado espera ateacute o canal ficarinativo entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmitecompletamente o quadro semdetetar uma outra transmissatildeo a transmissatildeo ocorreu com sucesso
4 Se o adaptador deteta uma outratransmissatildeo enquanto estaacutetransmitindo aborta e envia um sinal de reforccedilo (jamming)
5 Apoacutes abortar a transmissatildeo o adaptador inicia o processo de exponential backoff apoacutes a nth colisatildeo o adaptador escolhe k aleatoriamente a partir de01248hellip2n - 1 O adaptadorespera K512 bit-times e retornaao passo 2
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-52
Algoritmo CSMACD Ethernet (mais)
Sinal de Jamming garante quetodos os outros transmissorestomem conhecimento dacolisatildeo 48 bits
Bit time 1 microseg paraEthernet a 10 Mbpspara K=1023 tempo de esperaeacute da ordem de 50 msec
Exponential Backoff Objetivo adaptar tentativas de
retransmissatildeo para carga atualda rede
Carga pesada esperaaleatoacuteria seraacute mais longa
Primeira colisatildeo escolhe K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
Apoacutes a segunda colisatildeo escolheK entre 0 1 2 3hellip
Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolhe K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Seeinteract with Javaapplet on AWL Web sitehighly recommended
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-53
CSMACD efficiency Tprop = atraso maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutes na
LAN ttrans = tempo de transmissatildeo do quadro de tamanho
maacuteximo
Eficiecircncia converge para 1 agrave medida que tprop tente a 0 agrave medida que ttrans tende a infinito
Desempenho melhor do que o ALOHA e ainda com as propriedades de ser simples barato e descentralizado
transprop ttefficiency
51
1
+=
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-54
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace amp Fiacutesica
vaacuterios padrotildees Ethernet diferentes Protocolo MAC e formato de quadro comuns Velocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100
Mbps 1Gbps 10G bps Meios fiacutesicos diversos fibra cabo
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra ndash camada fiacutesicacobre (par tranccedilado) Camada fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-55
Codificaccedilatildeo Mancheter
Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios no emissor e no receptor
se sincronizem elimina a necessidade de um reloacutegio central global
Discussatildeo relativa agrave Camada Fiacutesica
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-56
Gigabit Ethernet
Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso compartilhados
No modo compartilhado o CSMACD eacuteusado exige pequenas distacircncias entre osnoacutes para ser eficiente
Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto
10 Gbps agora
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-57
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-58
Hubshellip repetidores de camada fiacutesica (ldquodumbrdquo)
Bits recebidos em um enlace satildeo encaminhados emtodos os outros enlaces na mesma taxa
Os noacutes conectados ao hub podem colidir entre eles Natildeo haacute bufferizaccedilatildeo do quadro CSMACD no hub os adaptadores nos hots detetam
as colisotildees
twisted pair
hub
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-59
Switch Dispositivo de camada de enlace mais inteligentes do
que os hubs ndash papel ativo Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o
quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento
usa CSMACD para acessar o segmento transparente
Os hosts natildeo tecircm conhecimento da presenccedila dos switches plug-and-play self-learning
Os switches natildeo necessitam de configuraccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-60
Switch permite muacuteltiplas transmissotildeessimultacircneas
hosts tecircm conexatildeo dedicadae direta com o switch
switches bufferizam pacotes Protocolo Ethernet eacute usado
em cada enlace entretantonatildeo haacute colisatildeo full duplex
switching A-to-Arsquo e B-to-Brsquosimultacircneamente semcolisotildees
natildeo eacute possiacutevel no caso do hub
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-61
Tabela de Comutaccedilatildeo
P como o switch conhece que Arsquo eacutealcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel via interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada possui
(endereccedilo MAC do host interface para alcanccedilar o host time stamp)
Parece uma tabela de roteamento P como as entradas satildeo criadas e
mantidas na tabela de comutaccedilatildeo Existe alguma coisa como um
protocolo de roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
comutador com 6 interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-62
Switch auto-aprendizado switch aprende quais hosts
podem ser alcanccedilados a partir das interfaces do switch
Quando o quadro eacute recebido o switch ldquoaprenderdquo a locaccedilatildeo do emissor
Armazena o par emissorendereccedilo na tabela de comutaccedilatildeo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-63
Switch filtragemencaminhamentodo quadroQuando um quadro eacute recebido1 Registra o enlace associado ao host emissor2 Indexa a tabela de comutaccedilatildeo com o endereccedilo MAC de destino3 if uma entrada para o destino eacute encontrada
then
if destino encontra-se no mesmo segmento onde o quadro foirecebido
then descarte o quadroelse encaminhe o quadro na direccedilatildeo da interface indicada
else inunde (flood)Encaminhar em todas as interfacesexceto na interface onde o quadrofoi recebido
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-64
Encaminhamento Self-learning exemplo
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabela de Comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo Destino do quadro
desconhecido flood
Arsquo A
Destino do endereccediloa eacute conhecido
Arsquo 4 60
send seletivo
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-65
Interconexatildeo de SwitchesSuponha que C envia um quadro para D
endereccedilo interface
ABEGC
11231hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
12 3
Switch recebe o quadro de C
Anota na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3
Quadro recebido por D
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-66
Self-learning multi-switch example
Suponha que D responde com um quadro para C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
endereccedilo interface
ABEGCD
112312
Switch recebe o quadro de D
Anota na tabela que D estaacute na interface 2
Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1
Quadro recebido por C
12 3
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-67
Rede Institucional
Para a redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de e-mail
Servidor Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-68
Switches vs Roteadores Ambos satildeo dispositivo store-and-forward
roteadores dispositivos de camada de rede (examina oscabeccedilalhos da camada de rede)
switches satildeo dispositivos de camada de enlace Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam
algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo implementam
filtros e algoritmos de aprendizagem
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-69
Resumo Comparaccedilatildeo
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo de
traacutefegonatildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamento
oacutetimonatildeo sim natildeo
cut
throughsim natildeo sim
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-70
VLANs motivaccedilatildeo
O quecirc acontece se Usuaacuterio da CS move-se para
o preacutedio da EE mas desejacontinuar conectado aoswitch do CS
Domiacutenio de broadcast uacutenico Todo o traacutefego niacutevel 2 de
broadcast (ARP DHCP) atravessa a LAN inteira(seguranccedilaprivacidade questotildees de eficiecircncia)
Cada switch do niacutevel inferior possui poucas portasutilizadas
CiecircnciadaComputaccedilatildeo
Eng Eleacutetrica Eng daComputaccedilatildeo
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
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16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
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hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
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7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
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hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-71
VLANs VLAN baseada na porta portas do switch satildeo agrupadas (software de gerecircncia) de modo que um uacutenicoswitch fiacutesico helliphellip
Switch(es) quesuportam VLAN podemser configurados paradefinir muacuteltiplas LANs virtuais sobre umamesma LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
Computer Science(VLAN ports 9-15)
15
hellip
Electrical Engineering(VLAN ports 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Computer Science(VLAN ports 9-16)
hellip opera como muacuteltiplos switches virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
9
16102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-72
VLAN baseado nas portas
1
8
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7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
Isolamento do traacutefegoquadros dapara as portas 1-8 podem alcanccedilar somente as portas 1-8
Possiacutevel tambeacutem definir VLANsbaseado nos endereccedilos MAC aoinveacutes das portas
Alocaccedilatildeo dinacircmica portaspodem ser dinamicamentealocadas agraves VLANs
roteador
Encaminhamento entre VLANSgeralmente via roteamento (como no caso de switches separados)
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-73
VLANS entre vaacuterios switches
trunk port transporta quadros entre VLANs definidasentre muacuteltiplos switches fiacutesicos
Quadros encaminhados na VLAN entre os switches devempossuir um identificador de VLAN
O protocolo 8021q adicionaremove campos adicionais nosquadros transportados nas portas trunk
1
8
9
102
7
hellip
Eng Eleacutetrica(VLAN portas 1-8)
Ciecircncia da Computaccedilatildeo(VLAN portas 9-15)
15
hellip
2
73
Portas 235 pertencem agrave EE VLANPortas 4678 pertencem agrave CS VLAN
5
4 6 816
1
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-74
Type
2-bytes Tag Ident do Protocolo(valor 81-00)
Tag Control Information (campo 12 bit VLAN ID
3 bits de prioridade como no IP TOS)
RecalculadoCRC
8021Q VLAN frame format
Quadro 8021
Quadro 8021Q
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-75
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace ATM MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-76
Controle do Enlace de Dados Ponto-a-Ponto Um transmissor um receptor um enlace
mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC
expliacutecito Ex dialup link linha ISDN
Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada
de enlace costumava ser consideradaldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-77
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacote encapsulamento do datagramada camada de rede no quadro da camada de enlace
Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolode rede (natildeo apenas o IP)
Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo
de bit no campo de dados Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do
enlace para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos
terminais do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede um do outro
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-78
PPP Natildeo suportado
Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeodos dados satildeo todos relegados para as camadas maisaltas
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-79
PPP Quadro Flag delimitador (enquandramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo
futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter
muacuteltiplos campos de controle Protocol indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-80
PPP Quadro (cont)
info dados transportados da camada superior check verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para
detecccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-81
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados
deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt eacute dado ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o
padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeode flag lt 01111110gt nos dados
Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 descarta o primeiro e
continua a recepccedilatildeo de dados Dois bytes 01111101 em sequecircncia descarta o primeiro byte o
segundo eacute dado Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-82
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-83
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (tamanhomaacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
Para o IP transportarmensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) paraconfiguraraprender osendereccedilos IP
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-84
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-85
Virtualizaccedilatildeo de Redes
Virtualizaccedilatildeo de recursos abstraccedilatildeo poderosa usadana engenharia de sistemas
Exemplos computacionais memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex java OS IBM VM nos anos 1960rsquos70rsquos
Camada de abstraccedilotildees natildeo entra nos detalhes dacamada inferior tratando somente as camadasabaixo de forma abstrata
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-86
A Internet Virtualizaccedilatildeo de redes
1974 muacuteltiplas redesdesconectadas
ARPAnet Redes de dado sobre cabos Rede de pacotes via sateacutelite
(Aloha) Rede de pacotes via raacutedio
hellip diferindo em endereccedilamento Formato dos pacotes Recuperaccedilatildeo de erro roteamento
ARPAnet Rede de sateacuteliteA Protocol for Packet Network Intercommunication V Cerf R Kahn IEEE Transactions on CommunicationsMay 1974 pp 637-648
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-87
A Internet virtualizaccedilatildeo de redes (cont)Gateway ldquoempacota os pacotes no formato
local ou desempacota-osrdquo roteia (no niacutevel de interconexatildeo)
para o proacuteximo gateway
Rede de sateacutelite
Camada de Rede (IP) endereccedilamento a camada de rede
(internetwork) aparece como umaentidade uacutenica e uniforme independetemente daheterogeneidade da rede fiacutesicaabaixo
Rede das redes
gateway
ARPAnet
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-88
Arquitetura de Interconexatildeo propostapor Cerf amp KahnrsquosO que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento internetwork e rede
local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo atraveacutes da
camada de rede Tecnologia de rede local
Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS
hellip ldquoinivisiacutevel no niacutevel da camada de interconexatildeordquo Para o IP aparece como uma tecnologia de enlace
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-89
ATM and MPLS
ATM MPLS modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento
diferentes da Internet Vistos pela Internet como um enlace loacutegico
conectando roteadores IP Semelhante a um enlace dial-up que eacute parte de
uma rede separada (rede telefocircnica) ATM MPLS interesses especiacuteficos
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-90
Asynchronous Transfer Mode ATM
Padratildeo nos anos 1990rsquos00 para alta velocidade(155Mbps a 622 Mbps ou mais) arquitetura Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado de voz viacutedeo e dado Procura atender os requisitos temporaisQoS da
transmissatildeo de voz e viacutedeo (contrariamente aomodelo melhor-esforccedilo utilizado na Internet)
Telefonia ldquode proacutexima geraccedilatildeoldquo raiacutezes teacutecnicas no mundo dos telefones
Comutaccedilatildeo de pacotes (ceacutelulas de tamanho fixodenominadas ldquoceacutelulasrdquo) atraveacutes de circuitos virtuais
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-91
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial agilizar o encaminhamento IP usando um ldquolabelrdquo fixo para o encaminhamento aoinveacutes do endereccedilo IP
Baseado na abordagem de circuitos virtuais (VC) O datagrama IP continua mantendo o endereccedilo IP
CabeccedilalhoPPP ou Ethernet
CabeccedilalhoIP
Resto do quadroCabeccedilalhoMPLS
label Exp S TTL
20 3 1 5
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-92
Roteadores MPLS
Conhecidos como LSRs (label-switched routers) Encaminham os pacotes para a interface de saiacuteda
baseados somente no valor do ldquolabelrdquo (natildeo inspencionamo endereccedilo IP)
A tabela de encaminhamento MPLS eacute distinta da tabela de encaminhamento IP
Necessidade de um protocolo de sinalizaccedilatildeo paraestabelecer o encaminhamento
RSVP-TE Encaminhamento por caminhos que o IP natildeo permitiria (ex
roteamento com rota na origem) Uso do MPLS para engenharia de traacutefego
Co-existe com roteadores IP puros
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
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Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
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Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
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Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-93
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de Encaminhamento MPLS
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-94
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Deteccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento nacamada de enlace
55 Ethernet
56 Switches de camadade enlace
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo na
camada de enlace MPLS Um dia na vida de uma
requisiccedilatildeo Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
Rede da Google 64233160019 64233169105
Servidor Web
Servidor DNS
Rede da escola68802024
Navegador
Paacutegina Web
5 Camada de Enlace de Dados 5-97
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-95
Siacutentese Um dia na vida de uma requisiccedilatildeo Web
Jornada atraveacutes da pilha de protocoloscompleta aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
Juntando tudo siacutentese objetivo identificar revisar e entender o papel
dos protocolos de todos os niacuteveis envolvidos em um cenaacuterio simples requisiccedilatildeo de uma paacutegina Web
Cenaacuterio um estudante conecta o seu laptop agrave rededo campus e requisitarecebe acesso aowwwgooglecom
5 Camada de Enlace de Dados 5-96
Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
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Um dia na vidahellip conectando-se agrave Internet
Obtenccedilatildeo do endereccedilo IP addr do primeiro roteador addr do servidor DNS usodo DHCP
roteador(executa DHCP)
DHCPUDP
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DHCP
DHCP
DHCP
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Requisiccedilatildeo DHCP encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Ethernet 8021
Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
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Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
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O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
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Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
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DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
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ARP
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DNS
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O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
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SYN
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SYN
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SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
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Um dia na vidahellip HTTP requestreply
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HTTP
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HTTP
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Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
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Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
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Cenaacuterio
Rede Comcast 68800013
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roteador(executa DHCP)
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Quadro Ethernet broadcast(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN recebido no roteadodr ondeexecuta o servidor DHCP
Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
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Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
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Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
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Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
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Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
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ARP
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Um dia na vidahellip acessando o DNS
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DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
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SYN
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SYNACK
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HTTPTCPIP
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HTTP request enviado no socket TCP
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Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
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Ethernet demultiplexadono IP demultiplexado no UDP demultiplexado no DHCP
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Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
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Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
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DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
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Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
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DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
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O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
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Rede Comcast 68800013
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DNSUDP
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
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Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
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SYN
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SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
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Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
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HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
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o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
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o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
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5 Camada de Enlace de Dados 5-98
Servidor DHCP preparaDHCP ACK contendo o IP do cliente o IP do roteadordefault do cliente nome e IP do servidor DNS
router(runs DHCP)
DHCPUDP
IPEthPhy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
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DHCP
DHCP
DHCP
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Encapsulamento no servidor DHCP quadroencaminhado (aprendizadodo switch) via LAN demultiplexado no Cliente
O cliente possui agora um endereccedilo IP conhece o nome e o endereccedilo do servidor DNS e o endereccedilo do seu roteadordefault
Cliente DHCP recebe o DHCP ACK
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Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
broadcast da consulta ARP recebida pelo roteador o qualresponde com o ARP replyfornecendo o endereccedilo MAC dainterface
o cliente conhece agora o endereccediloMaC do roteador default eacute possiacutevelenviar um quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
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Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
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SYN
SYN
SYN
TCPIP
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SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
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HTTP
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o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
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Servidor Web
HTTPTCPIP
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HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
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Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
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5 Camada de Enlace de Dados 5-99
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS e do HTTP) Antes do envio da requisiccedilatildeo HTTP
eacute necessaacuterio o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
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DNS
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Criaccedilatildeo da consulta DNS encapsulada no UDP encapsulada no IP encasulada no Eth Para enviar o quadro eacute necessaacuterio o endereccediloMAC da interface do roteador ARP
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ARP query
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ARP
ARP
ARP reply
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Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
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DNS
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DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
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HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
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SYN
SYN
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HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
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Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
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Chapter 5 parte I Jornada completa atraveacutes da pilha de
protocolo (exceto camada fiacutesica) Compreensatildeo dos princiacutepios das redes de
computadores hellip Ainda restam toacutepicos relevantes
wireless multimidia seguranccedila gerecircncia de redes
5 Camada de Enlace de Dados 5-100
Um dia na vidahellip acessando o DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP contendoconsulta DNS eacuteencaminhada do cliente aoroteador default via switch
O datagrama IP eacute encaminhado darede do campus agrave rede Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) aoservidor DNS
Demultiplexada no servidor DNS Servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
Rede Comcast 68800013
Servidor DNS
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
siacutentese um dia na vida de uma requisiccedilatildeo web
5 Camada de Enlace de Dados 5-104
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5 Camada de Enlace de Dados 5-101
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP para carregar HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
Para enviar a requisiccedilatildeoHTTP o cliente abre umaconexatildeo TCP com o servidorWeb
segmento SYN (passo 1 do 3-way handshake) eacute roteado ateacute o servidor Web
connection TCP estabelecida64233169105
Servidor Web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIP
EthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
Servidor Web responde com o TCP SYNACK (passo 2 do 3-way handshake)
5 Camada de Enlace de Dados 5-102
Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
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Um dia na vidahellip HTTP requestreply
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
HTTP request enviado no socket TCP
datagrama IP contendo a requisiccedilatildeo HTTP eacute roteada ateacuteo wwwgooglecom
o datagrama IP contendo a resposta HTTP eacute roteada ateacute o cliente
64233169105
Servidor Web
HTTPTCPIP
EthPhy
o Servidor Web respondecom HTTP reply (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
Finalmente a paacutegina web eacuteapresentada ()
5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
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5 Camada de Enlace de Dados 5-104
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5 Camada de Enlace de Dados 5-103
Capiacutetulo 5 Resumo princiacutepios associados aos serviccedilos da camada de enlace
Deteccedilatildeo de erro correccedilatildeo Compartilhamento de canal de broadcast acessos muacuteltiplos Endereccedilamento de enlace (endereccedilo MACendereccedilo fiacutesico)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias de enlace Ethernet LANS comutadas (switched) VLANs PPP Redes virtualizadas como enlace de comunicaccedilatildeo MPLS
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5 Camada de Enlace de Dados 5-104
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